搶進次世代顯示技術

撰文/陳怡如

 

當Micro LED還未成為關注焦點時,聚積科技便看中PCB基板的拼裝優勢,主動找工研院合作。圖為聚積科技董事長楊立昌(左)及工研院電光系統所所長吳志毅(右)。
當Micro LED還未成為關注焦點時,聚積科技便看中PCB基板的拼裝優勢,主動找工研院合作。圖為聚積科技董事長楊立昌(左)及工研院電光系統所所長吳志毅(右)。

省電、高亮度、超高解析度的Micro LED,一致為國際大廠看好成為次世代顯示技術的霸主。工研院10年前即投入相關研究,近年也攜手產業組成國家隊,突破重重技術關卡,成功將Micro LED晶粒直接轉移至PCB基板,創下全球首例。不僅展現臺灣的技術實力,也讓臺灣在Micro LED技術競爭上,取得領先優勢。

今年1月,在全球科技指標「消費性電子展」(CES)上,一塊來自臺灣30×30公分的面板,成為全場目光焦點。這是全球第一款將Micro LED晶粒直接轉移到PCB基板的顯示看板,也是工研院與LED驅動IC廠聚積科技、PCB廠欣興電子、Micro LED技術廠錼創科技四方合作,在經濟部技術處A+淬湅計畫支持下,歷時2年半的研發成果。

當世界都在關注未來顯示技術時, Micro LED是最被看好的技術之一。簡單來說,Micro LED是將LED微縮化和矩陣化的技術,將數百萬乃至數千萬顆小於100微米,比一根頭髮還細的LED RGB晶粒,排列整齊放置在基板上。與現階段OLED技術相比,Micro LED同樣是自主發光,卻因使用的材料不同,可解決OLED最致命的「烙印」問題,同時還有低功耗、高對比、廣色域、高亮度、體積小、輕薄、節能等優點。

因此,全球各大廠均爭相投入Micro LED的研發。今年CES展上,中國大陸的華星光電和韓國的LG、三星等面板廠,都展出了將Micro LED轉移至玻璃基板上的產品,但此次工研院和臺灣廠商合作,最大特色就是首創將Micro LED直接巨量轉移到PCB基板上,展現領先全球的技術實力。

 

挑戰PCB翹曲 克服巨量轉移和檢測難關

工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅指出,巨量移轉至PCB基板的技術突破,在於比起平整的玻璃基板,PCB的翹曲度非常高,將極小的Micro LED安裝上去時,「可能基板的彎曲程度都比Micro LED晶粒本身還大,而且根據不同解析度,需要巨量轉移數十萬至數百萬顆Micro LED,困難度自然遠比玻璃來得高。」

另一個挑戰則是每當談到Micro LED時,一定會提到關鍵技術──「巨量轉移」。吳志毅舉例,以一塊4K解析度的LED螢幕來說,需要安裝2,400萬顆LED,過去LED大型顯示看板採單顆單顆裝設的方式,效率慢、成本高,因此大型看板動輒幾百萬元。未來要生產超高解析度或超大型面板時,最好的做法即是一次就能抓取大量LED晶粒,這就是所謂的巨量轉移。

巨量轉移之所以困難,一是在於數量,「即使一次轉移1萬顆,都還要做2,400次。」二是在於良率,「不只是大量抓好放上去,還要電流可以通過成功發亮,只要不小心稍微高一點、低一點,那一顆就異常了,」吳志毅說。也因此,在巨量轉移之後,如何更有效率的做巨量檢測又是另一個關卡。
吳志毅坦言,「Micro LED要變成下一代主流,需先克服巨量轉移跟檢測這兩大關卡,不管是改善效率或良率,最終就是反應在價格,有沒有辦法跟現有產品競爭。」

Micro LED顯示面板。

 

拼接無上限 滿足大型顯示器市場

事實上,工研院早在10年前就開始研究巨量轉移技術。2年半前,聚積科技主動找上工研院來,表示要做將Micro LED轉移至PCB基板上,並找來欣興電子和錼創科技一同合作。

當時Micro LED還未成為關注焦點,聚積科技就率先押寶PCB基板,更設定要把像素間距(Pixel Pitch)從當時的市場主流1.25,一口氣縮小至0.625,以更高的像素密度和更高的螢幕解析度來挑戰自我,「這相當於是從現代行業趨勢一下子跳到未來規格,」主導這次合作案的聚積科技董事長楊立昌說。

「第一次聽到的確覺得很難!」吳志毅笑著說:「但以產品和整個市場趨勢來說,這是一條必須要走的路。」關鍵就在於PCB基板的成本優勢與多元應用場域。

楊立昌解釋,與玻璃基板依照尺寸大小的生產方式相比,不僅製造大型面板時,無法壓低價格,蓋一個面板廠更是動輒上千億元,但PCB的優勢在於可「拼接」,能以模組化方式任意拼接成不同尺寸的顯示面板,「現階段玻璃基板超過120吋就做不上去了,因為投資太大,但模組化的PCB可拼成100、200吋,甚至400吋,尺寸幾乎沒有上限。」

楊立昌估計,若以同樣120吋的面板來說,直接生產與拼接方式,價差估計達20倍之多,Micro LED移轉至PCB基板的作法,應可滿足大型顯示器的市場缺口,「一旦成為B2C產品,就會很有商業價值。」

楊立昌表示,除了商場螢幕和大型電視以外,聚積也瞄準將現有的投影螢幕替換為LED螢幕,像是在香港、上海、韓國都有螢幕寬達400多吋的LED電影院;另一個嶄新應用則是虛擬實境(VR)裝置,當前VR體驗仍難脫離VR眼鏡,未來可用一整塊超大型顯示器來表現,最佳化沉浸式體驗,「這些都是我們的機會,」楊立昌說。

工研院攜手產業組成國家隊,成功將Micro LED晶粒直接轉移至PCB基板,創下全球首例。
工研院攜手產業組成國家隊,成功將Micro LED晶粒直接轉移至PCB基板,創下全球首例。

 

克服紅光良率 量產指日可待

由於是全球首例巨量移轉至PCB基板,成功在CES展打響知名度,展中受到探詢不斷。吳志毅表示,目前這款顯示屏藍光和綠光的良率已達99.9%,紅光則受限於先天結構較脆弱的關係,良率為99%,這也是未來團隊還要努力改良的方向,待順利克服紅光良率後,便能走向量產。

「這個計畫還好有4個夥伴,不僅工研院累積好幾年的技術,聚積做LED顯示看板驅動IC也已經20年,大家都累積了足夠能量才有可能成功,只有單一廠商絕對做不到,」楊立昌說。

 

與臺廠聯手 組成國家隊搶攻未來市場

事實上,Micro LED不僅是下一代顯示技術的關鍵,也是未來臺灣切入顯示市場的大好機會。過去OLED技術多由韓廠把持,中國大陸也砸下大量資金搶進,「坦白說,臺灣在OLED領域的發展空間有限,Micro LED是臺灣在顯示產業扭轉局勢的關鍵,」吳志毅說。

吳志毅認為,臺灣的產業鏈完整,比起韓國和中國更加出色,在LED領域也是全球數一數二的晶粒大國,還擁有世界第三大面板廠,即使未來韓國和中國也大力投入Micro LED,對於不打資金戰的Micro LED來說,臺灣的完整度跟靈活度也能很好應變,「我們可以找到Micro LED所需要的任何一個技術及最好的廠商,組成一個『國家隊』來做這件事。」

就像這次工研院和聚積科技合作,便是強強聯手。工研院是技術提供者,聚積科技對趨勢敏銳,熟知市場需求、產品應用和上市時程,「聚積跟我們算跑得比較快,很早就選對市場,以大型看板當做Micro LED的切入點,兩邊加起來不只互補,也讓合作變得非常有意義。」未來工研院也將循這個產研合作模式,組成多樣國家隊,協助相關業者搶攻Micro LED商機。

「對應不同應用場域,Micro LED也有不同的技術需求和基板,」吳志毅說,像是PCB基板應用在大型顯示器上;玻璃基板則對應目前一般小型顯示器,如手機、筆電;矽基板上則是要做微型顯示器,如Google眼鏡,或AR、VR裝置、智慧手錶等,「雖然都是Micro LED,但在產品和市場應用上其實非常廣,有許多可能性,至少未來3、5年,甚至10年都還要繼續投入技術開發。」目前工研院已鎖定車用顯示器以及MR和AR眼鏡,做為下一階段的國家隊目標。

「全球現在有2、300家公司在做Micro LED,可以確定的是,工研院絕對是現在世界的領先群之一,」吳志毅說。有了紮實技術當後盾,未來工研院將攜手更多臺灣廠商,率先搶進Micro LED,搶先在次世代的顯示技術領域插旗。

文章轉載自工業技術研究院工業技術與資訊月刊

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